(57)【要約】  セル（例えば、液晶セル（ＬＣ）セル、ＲＦ  ＭＥＭＳセル、その他）を駆動する直接駆動機構のための方法及び装置が本明細書で開示される。１つの実施形態において、アンテナは、１又は２以上のセル（例えば、液晶（ＬＣ）セル、ＲＦ  ＭＥＭＳセルなど）を各々が含む複数のアンテナ素子を有するアンテナ素子のアレイと、セルの各々に電圧を提供するためにアンテナ素子のアレイのセルに結合された駆動回路と、セルがオン又はオフであるかどうかを決定するため各セルに対するデータ値を格納するメモリと、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は２以上のセルを各々が含む複数のアンテナ素子を有するアンテナ素子のアレイと、
前記セルの各々に電圧を提供するために前記アンテナ素子のアレイのセルに結合された駆動回路と、
前記セルがオン又はオフであるかどうか決定するため前記セルの各々に対するデータ値を格納するメモリと、
を備える、アンテナ。
【請求項２】
前記１又は２以上のセルは、液晶（ＬＣ）セルを含む、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記１又は２以上のセルは、ＭＥＭＳ無線周波数（ＲＦ）共振器セルを含む、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記駆動回路は、複数のセルドライバを含み、前記セルの各々に対して前記セルドライバを１つ有する、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記セルドライバは、制御信号に応答して第１の電圧又は第２の電圧を前記セルに提供するよう作動するスイッチを含み、前記第１の電圧は、前記セルのＯＮ状態電圧であり、前記第２の電圧は、前記セルのＯＦＦ状態電圧であり、前記制御信号は、前記セルに関連付けられた前記メモリ内の１つのデータ値に応答する、請求項４に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記第１の電圧はＡＣ電圧であり、前記第２の電圧は接地電圧である、請求項５に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記メモリ及び前記駆動回路用のコントローラは、前記セルの１つのグループに対して共通のＯＮ状態電圧及びＯＦＦ状態電圧を有する前記アレイにおける前記アンテナ素子に対して周辺に配置され、前記ＯＮ状態電圧は、前記セルの１つのグループに対して同じ周波数である、請求項４に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記セルドライバの各々は、制御信号に応答して第１の電圧又は第２の電圧を前記セルに提供するよう作動するスイッチに結合された前記メモリの一部を含み、前記第１の電圧は前記セルのＯＮ状態電圧であり、前記第２の電圧は前記セルのＯＦＦ状態電圧であり、前記制御信号は、前記セルドライバにおける前記メモリの一部からの出力である、請求項４に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記メモリの一部は、
前記セルドライバが駆動することになる前記セルについて前記セルがＯＮ状態又はＯＦＦ状態になるかを指示するデータ値を受け取るために結合されたデータ入力と、
前記制御信号を出力して前記スイッチを制御するよう作動するラッチ出力と、
を有するラッチを含む、請求項８に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記セルドライバはマトリクス構成で配列され、前記駆動回路は、複数の行信号及び複数の列信号を含み、前記複数の行信号の個々の行信号は、前記セルドライバの１つのグループにおける前記ラッチのイネーブル入力に結合されており、前記複数の列信号の個々の列信号は、前記セルドライバの１つのグループにおける前記ラッチのデータ入力に結合されている、請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記駆動回路は、前記メモリのデータ値を更新することによって更新されたマトリクスを有するマトリクス駆動回路を含む、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記電圧は交流（ＡＣ）電圧である、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１３】
アンテナ給電部であって、前記給電部から同心円状に伝播する給電波を入力するためのアンテナ給電部と、
複数のスロットと、
複数のパッチと、
を更に備え、前記パッチの各々は、前記セルを使用する複数のスロットにおいて１つのスロットの上の同一場所に配置され且つ前記１つのスロットから分離されて、パッチ／スロットのペアを形成しており、前記ピッチ／スロットの各ペアは、制御パターンによって指定された前記ペアにおける前記パッチに対する電圧の印加に基づいてターンオフ又はオンされる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１４】
前記アンテナ素子は、ホログラムビーム誘導で使用するための周波数帯域のビームを形成するよう制御され且つ共に作動する、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１５】
前記アンテナ素子のアレイは、同調型スロットアレイの一部であり、前記同調型スロットアレイにおける前記アンテナ素子は、１又は２以上のリング状で配置される、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１６】
前記スロットアレイは、複数のスロットを含み、前記スロットの各々は、所与の周波数で所望の散乱を提供するように同調される、請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項１７】
前記複数のスロットの各スロットは、前記各スロットの中央位置にて衝突する円筒状の給電波に対して＋４５度又は−４５度の何れかに配向されて、前記スロットアレイは、前記円筒状給電波の伝播方向に対して＋４５度回転された前記スロットの第１のセットと、前記円筒状給電波の伝播方向に対して−４５度回転された前記スロットの第２のセットと、を含むようになる、請求項１６に記載のアンテナ。
【請求項１８】
１又は２以上のセルを各々が含む複数のアンテナ素子を有するアンテナ素子のアレイであって、前記アンテナ素子のうちの少なくとも１つのグループが、ホログラムビーム誘導で使用するための周波数帯域のビームを形成するよう制御され且つ共に作動する、アンテナ素子のアレイと、
前記アンテナ素子のアレイにおける前記各セルについて前記セルがオン状態又はオフ状態になるかを指示するデータ値を格納するメモリと、
前記アンテナ素子のアレイにおける前記セルに結合された複数のセルドライバを有するマトリクス駆動回路であって、前記メモリ内の前記データ値に基づく前記各セルがオン状態又はオフ状態にあるかに基づいて前記セルの各々に異なる電圧を提供する、マトリクス駆動回路と、
を備える、アンテナ。
【請求項１９】
前記１又は２以上のセルは、液晶（ＬＣ）セルを含む、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２０】
前記１又は２以上のセルは、ＭＥＭＳ無線周波数（ＲＦ）共振器セルを含む、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２１】
前記セルドライバは、制御信号に応答して第１の電圧又は第２の電圧を前記セルに提供するよう作動するスイッチを含み、前記第１の電圧は、前記セルのＯＮ状態電圧であり、前記第２の電圧は、前記セルのＯＦＦ状態電圧であり、前記制御信号は、前記セルに関連付けられた前記メモリ内の１つのデータ値に応答する、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２２】
前記第１の電圧はＡＣ電圧であり、前記第２の電圧は接地電圧である、請求項２１に記載のアンテナ。
【請求項２３】
前記メモリ及び前記駆動回路用のコントローラは、前記セルの１つのグループに対して共通のＯＮ状態電圧及びＯＦＦ状態電圧を有する前記アレイにおける前記アンテナ素子に対して周辺に配置され、前記ＯＮ状態電圧は、前記セルの１つのグループに対して同じ周波数である、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２４】
前記セルドライバの各々は、制御信号に応答して第１の電圧又は第２の電圧を前記セルに提供するよう作動するスイッチに結合された前記メモリの一部を含み、前記第１の電圧は前記セルのＯＮ状態電圧であり、前記第２の電圧は前記セルのＯＦＦ状態電圧であり、前記制御信号は、前記セルドライバにおける前記メモリの一部からの出力である、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２５】
前記メモリの一部は、
前記セルドライバが駆動することになる前記セルについて前記セルがＯＮ状態又はＯＦＦ状態になるかを指示するデータ値を受け取るために結合されたデータ入力と、
前記制御信号を出力して前記スイッチを制御するよう作動するラッチ出力と、
を有するラッチを含む、請求項２４に記載のアンテナ。
【請求項２６】
前記セルドライバはマトリクス構成で配列され、前記駆動回路は、複数の行信号及び複数の列信号を含み、前記複数の行信号の個々の行信号は、前記セルドライバの１つのグループにおける前記ラッチのイネーブル入力に結合されており、前記複数の列信号の個々の列信号は、前記セルドライバの１つのグループにおける前記ラッチのデータ入力に結合されている、請求項２５に記載のアンテナ。
【請求項２７】
前記マトリクス駆動回路は、前記メモリのデータ値を更新することによって更新されたマトリクスを有する、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２８】
アンテナ給電部であって、前記給電部から同心円状に伝播する給電波を入力するためのアンテナ給電部と、
複数のスロットと、
複数のパッチと、
を更に備え、前記パッチの各々は、前記セルを使用する複数のスロットにおいて１つのスロットの上の同一場所に配置され且つ前記１つのスロットから分離されて、パッチ／スロットのペアを形成しており、前記ピッチ／スロットの各ペアは、制御パターンによって指定された前記ペアにおける前記パッチに対する電圧の印加に基づいてターンオフ又はオンされる、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２９】
各々がセルを含む複数のアンテナ素子を有するアンテナを制御する方法であって、前記方法は、
前記複数のアンテナ素子のどのセルがＯＮ状態及びＯＦＦ状態になるかを決定するステップと、
前記決定の結果に基づいて、前記セルの各々が前記ＯＮ状態又は前記ＯＦＦ状態になるかを指示するデータ値を前記セルのためのメモリ位置においてプログラミングするステップと、
前記メモリ位置においてプログラムされたデータ値に基づいて前記セルに電圧を駆動するステップと、
を含む、方法。
【請求項３０】
前記セルに電圧を駆動するステップは、制御信号に応答して前記セルの１つのグループにおける各セルに第１の電圧又は第２の電圧を提供するスイッチを制御するステップを含み、前記第１の電圧は、前記セルのＯＮ状態電圧であり、前記第２の電圧は、前記セルのＯＦＦ状態電圧であり、前記制御信号は、前記セルに関連付けられたメモリ位置にてプログラムされた１つのデータ値に応答する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の電圧はＡＣ電圧であり、前記第２の電圧は接地電圧である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記セルのための前記メモリ位置にてデータ値をプログラミングするステップは、前記セルに電圧を駆動するよう作動する複数のセルドライバの各々においてメモリを設定するステップを含み、前記メモリ位置にてプログラムされたデータ値に基づいて前記セルに電圧を駆動するステップは、前記セルの１つのグループにおける前記セルドライバの各々に出力を生成するステップを含み、前記出力は前記制御信号である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
行制御信号を使用してマトリクスにおける前記セルドライバの行を選択し、
前記セルドライバの行における各セルドライバのメモリにデータを格納させる列制御信号を順次アサートする、
ことによって前記セルドライバの行における前記メモリの行を順次プログラミングするステップを更に含む、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権）
本特許出願は、２０１５年１２月１５日に出願された、名称「ａ−Ｓｉ分散直接駆動−マトリクス構成におけるアナログスイッチを備えたメモリセル（ａ−Ｓｉ  ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ  ＤＩＲＥＣＴ  ＤＲＩＶＥ：  Ａ  ＭＥＭＯＲＹ  ＣＥＬＬ  ＷＩＴＨ  ＡＮＡＬＯＧ  ＳＷＩＴＣＨ  ＩＮ  Ａ  ＭＡＴＲＩＸ  ＣＯＮＦＩＧＵＲＡＴＩＯＮ）」の対応する仮特許出願第６２／２６７，７１９号に対する優先権を主張し、当該仮特許出願は、引用により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の実施形態は、アンテナの分野に関し、より詳細には、本発明の実施形態は、アンテナ素子アレイにおいて複数のセルを駆動する直接駆動部を有するアンテナに関する。
【背景技術】
【０００３】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）製造プロセスを利用したアンテナアレイの一部の実施構成は、低い電圧保持率を伴う高複屈折液晶（ＬＣ）の使用に起因して、アレイのリフレッシュ速度に限界がある。すなわち、低い電圧保持率は、高複屈折ＬＣに起因するアレイのリフレッシュ速度の限界と同時に生じる。これを補償するために、過度の電圧降下を防ぐために大きな蓄積キャパシタが必要になることが多い。大きな蓄積キャパシタは、典型的なアモルファスシリコンＴＦＴの不十分なチャネル抵抗Ｒｄｓと組み合わされて大きな荷電時定数を生じ、これによりアンテナトラッキング速度要件を達成するリフレッシュ速度が妨げられる。
【０００４】
より具体的には、標準的なマトリクスアーキテクチャのＬＣ交流（ＡＣ）駆動電圧を生成する１つの方法は、各ＬＣセルに正電圧を充電し、各行を順次的にアドレス指定して、ＬＣセルに負電圧を充電し、次いで、所望のＬＣ駆動周波数を維持するのに十分に速い速度で各行を再度順次的にアドレス指定することである。この方法は、駆動周波数×行数の速度でマトリクスを更新することを必要とする。この方法は、ＬＣセル及び蓄積キャパシタを充電する時間が増加大するにつれて難しくなる。この充電時間を設定する蓄積キャパシタンスの値は、ＴＦＴ寄生ゲートキャパシタンス及びＬＣ「キックバック」電圧へのその効果によって決定される。キックバック電圧を最小にするためには、蓄積キャパシタンスを大きくする必要がある。しかしながら、大きな蓄積キャパシタンスは、大きな充電時間、及びひいては低いリフレッシュ速度を意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】仮特許出願第６２／２６７，７１９号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書において、セル（例えば、液晶（ＬＣ）セル、ＭＥＭＳセル、その他）を駆動する直接駆動機構のための方法及び装置が開示される。１つの実施形態において、アンテナは、１又は２以上のセルを各々が備えた複数のアンテナ素子を有するアンテナ素子アレイと、セルの各々に電圧を供給するためにアンテナ素子アレイのセルに結合された駆動回路と、セルがオンかオフかを決定するため各セルに対するデータ値を格納するメモリと、を備える。
【０００７】
本発明は、以下に示す詳細な説明及び本発明の様々な実施形態の添付図面からより完全に理解されるであろうが、これらは、本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、説明及び理解のためのものに過ぎないと考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】セルドライバの１つの実施形態を示す図である。
【図２】セルドライバがアンテナアレイを駆動するよう配列された例示的な構成を示す図である。
【図３】セルドライバを制御するための直列シフトレジスタを備えたアンテナマトリクスの１つの実施形態を示す図である。
【図４】ローカルメモリを含むセルドライバの１つの実施形態のブロック図である。
【図５】セルドライバがマトリクス状に配列されたマトリクス構成の１つの実施形態を示す図である。
【図６】セルドライバを制御するための直列シフトレジスタを備えたアンテナマトリクスの別の実施形態を示す図である。
【図７】復号及び出力ドライバの１つの実施形態の回路図の１つの実施形態を示す図である。
【図８】双安定１ビットレジスタを備えたセルドライバ回路図の１つの実施形態を示す図である。
【図９】キャパシタ１ビットレジスタを備えたセルドライバ回路図の１つの実施形態を示す図である。
【図１０】例示的な出力電圧プロットを示す図である。
【図１１Ａ】円筒波給電を提供するために使用される同軸給電部の１つの実施形態の上面図である。
【図１１Ｂ】円筒状給電アンテナの入力給電部の周りに同心リング状に配置されたアンテナ素子の１又は２以上のアレイを有する開口面を示す図である。
【図１２】接地面及び再構成可能共振器層を含む１つの行のアンテナ素子を示す斜視図である。
【図１３】同調型共振器／スロットの１つの実施形態を示す図である。
【図１４】物理的アンテナ開口面の１つの実施形態の断面図である。
【図１５Ａ】スロットアレイを生成するための様々な層の１つの実施形態を示す図である。
【図１５Ｂ】スロットアレイを生成するための様々な層の１つの実施形態を示す図である。
【図１５Ｃ】スロットアレイを生成するための様々な層の１つの実施形態を示す図である。
【図１５Ｄ】スロットアレイを生成するための様々な層の１つの実施形態を示す図である。
【図１６Ａ】円筒状給電アンテナ構造の１つの実施形態の側面図である。
【図１６Ｂ】外向き波を有するアンテナシステムの別の実施形態を示す図である。
【図１７】アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の１つの実施形態を示す図である。
【図１８】ＰＷＭグレーシェーディングを達成するために液晶全体に印加された様々な電圧波形のフレーム時間を示す図である。
【図１９】テレビジョンシステムで同時に二重受信を実行する通信システムの１つの実施形態のブロック図である。
【図２０】同時送信及び受信経路を有する通信システムの別の実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
アンテナ素子を駆動する直接駆動部を備えたアンテナ及びこれを用いる方法が開示される。１つの実施形態において、直接駆動部は、セルのアンテナアレイ全体に分散された複数のセルドライバを含む。１つの実施形態において、セルは、液晶（ＬＣ）セルである。別の実施形態において、セルは、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の無線周波数（ＲＦ）共振器セルであり、本明細書では各々をＭＥＭＳセルと呼ぶ。他のタイプのセルを使用して、本明細書で記載される直接駆動技術によって駆動することができる。１つの実施形態において、各セルドライバは、アンテナにおいてマトリクス構成で配置されたメモリセル及びアナログスイッチを含む。
【００１０】
以下の説明では、本発明のより完全な解説を提供するために多くの詳細事項が記載されている。しかしながら、本発明がこれらの特定の詳細事項なしで実施できることは当業者には明らかであろう。場合によっては、本発明を曖昧にするのを避けるために、周知の構造及び装置は、詳細には示さずにブロック図の形式で示される。
【００１１】
以下の説明において、直接駆動部は、ＬＣセルとの関連で説明される点に留意されたい。ＬＣセルの代わりに、ＲＦ  ＭＥＭＳセル又は他のタイプのセルを使用することもできる。異なるセルタイプに関連付けられる特定の実施構成の特徴が明らかにされる。
【００１２】
１つの実施形態において、アンテナは、直接駆動制御システムを介して制御される複数のセルを含む。直接駆動制御システムは、各セルに対する制御信号を生成する。１つの実施形態において、各セルがＬＣセルを含み、各セルのスイッチは、直接駆動制御システムからの制御信号に基づいて、セルに選択的に電圧を渡す。１つの実施形態において、このスイッチは、ＬＣセルに交流（ＡＣ）又は接地（ＧＮＤ）電圧を選択的に渡してＡＣ  ＬＣセル電圧を生成するトランジスタ（例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ））を含む。これは、ＬＣキャパシタンス上で正のＤＣ電圧と負のＤＣ電圧を切り換えることによってＬＣセル上に電圧を生成するＤＣ直接駆動システムとは対照的である。
【００１３】
１つの実施形態において、直接駆動制御システムは、マトリクス駆動構成を含む。このタイプの直接駆動部は、マトリクス更新速度を低減し、蓄積キャパシタンスの必要性を排除し、従ってより高い駆動周波数を可能にする。これは、セルがＯＮかＯＦＦかを決定するために各セルがローカルメモリを有する場合に達成することができる。
【００１４】
図１は、セルドライバの１つの実施形態のブロック図である。１つの実施形態において、セルドライバは、ＬＣ上でＡＣ電圧を駆動する。１つの実施形態において、アンテナアレイにおける各アンテナ素子に対して１つのセルドライバが存在する。図１のセルドライバを含むアンテナアレイの実施例について、以下で詳細に説明する。以下の説明において、ＬＣは、直接駆動制御システムによって駆動されているセルである点に留意されたい。しかしながら、直接駆動制御システムを使用して、他のタイプのメタマテリアルを含む他のタイプのセルを駆動することもできる。
【００１５】
図１を参照すると、セルドライバ１００は、ＯＮ／ＯＦＦ入力１０２に結合され且つこれによって制御されるマルチプレクサ（ｍｕｘ）１１１又は他のスイッチを含む。ＯＮ／ＯＦＦ入力１０２は、インバータ１１０並びにｍｕｘ１１１の入力に結合される。インバータ１１０の出力は、ｍｕｘ１１１に結合される。駆動入力１０１は、ｍｕｘ１１１の１つの入力に結合され、接地（ＧＮＤ）１０４は、ｍｕｘ１１１の別の入力に結合される。１つの実施形態において、駆動入力１０１は、ＬＣ１２０をＯＮ状態に駆動するための所望の電圧及び周波数を有するＡＣ  ＬＣ駆動電圧を受け取る。別の実施形態において、セルがＭＥＭＳセルであるときには、駆動入力１０１は、ＭＥＭＳをＯＮ状態に駆動するための所望の電圧を有するＤＣ  ＭＥＭＳ駆動電圧を受け取る。これはＤＣ電圧とすることができる。
【００１６】
ＯＮ／ＯＦＦ入力１０２は、ｍｕｘ１１１のマルチプレクシング（多重化）を制御し、これにより出力（ＯＵＴ）１０３に提示されるＧＮＤ１０４又は駆動入力１０１を選択させるようにする。
【００１７】
Ｖｐｐ、ＧＮＤ、及びＶｓｓは、セルドライバ１００の内部制御論理に電力を供給するのに使用されるＤＣバイアス電圧である。
【００１８】
１つの実施形態において、ＯＮ／ＯＦＦ入力の値は、アンテナアレイコントローラによって制御されるレジスタから提供される。図２は、セルドライバがアンテナアレイを駆動するよう配列される例示的な構成を示す。図２を参照すると、セルドライバ２００1−２００nから２０ｋ1−２０ｋnは、行と列の形態で配置される。行及び列は互いに垂直に図示されているが、１つの実施形態において、このマトリクス構成は、アンテナアレイの実際のレイアウトではなく、マトリクス構成の直接駆動制御を例証する目的の論理レイアウトに過ぎない点に留意されたい。
【００１９】
図２において、制御装置は、アレイの周辺に配置される。各セルドライバのＯＮ／ＯＦＦ入力は、セルのアレイの外側に配置されたレジスタによって個々に駆動される。複数の並列レジスタ２１０1−２１０nは、マトリクスパターン生成器２１１からの制御信号に結合されて応答し、並列出力制御信号を生成する。マトリクスパターン生成器２１１は、アンテナアレイコントローラ２００の一部であり、レジスタ２１０1−２１０nにＯＮ／ＯＦＦセルドライバ入力のための出力回線上で信号を出力させる制御信号を生成する。換言すると、マトリクスパターン生成器は、値をレジスタにロードして、時間的瞬間にセルドライバの何れをＯＮにし、何れをオフにするかを制御する。すなわち、出力回線の各々は、アレイにおけるセルドライバのＯＮ／ＯＦ入力の１つに結合され、当該セルドライバの動作を制御する。
【００２０】
１つの実施形態において、アンテナセルは、アンテナアレイにおいてリングで配列され、レジスタ２１０1−２１０nは、これらのリングの１つの周辺に配置される。しかしながら、これは必須要件ではない。別の実施形態において、レジスタ２１０1−２１０nは、アンテナアレイ全体で利用可能なスペースが存在するかどうかに基づいて、アレイセルドライバ全体に広げることができる。
【００２１】
駆動生成器２１２は、セルドライバの駆動入力の各々に結合された駆動電圧を生成する。１つの実施形態において、駆動電圧は、＋／−５ボルト間で変動する。しかしながら他の実施形態において、他の電圧値を使用してＬＣセルを駆動することができる。別の実施形態において、電圧は＋／−１０Ｖである。１つの実施形態において、駆動電圧は、ＬＣの化学的性質に基づいて選択され、所望の無線周波数（ＲＦ）性能を得る。１つの実施形態において、全てのセルの駆動入力が共通であり、所望のＬＣ  ＯＮ電圧及び周波数にある。このネットをサブネットに分割して、ローディングに起因する所望の電圧及び周波数に適合させるのに必要な場合に複数のドライバによって駆動することができる。換言すると、駆動生成器２１２がセルの全てを駆動するのに十分な駆動部を有していない場合には、このネットをサブネットに分割することができ（例えば１つの行につき１つのネット、又は別の実施例では４つの行毎に１つのネット）、これらのサブネットの各々は、当該サブネットのセルの数に十分な個々のドライバによって駆動することができる。
【００２２】
１つの実施形態において、ＭＥＭＳセルにおいて、駆動電圧は、＋１５ＶのＤＣ電圧（例えば）とすることができる。
【００２３】
１つの実施形態において、ＬＣドライバ周波数及び電圧は、アレイパターン駆動更新速度に無関係である。１つの実施形態において、パターン更新速度は、周辺レジスタをロードできる速度に依存し、ＬＣ駆動周波数は、ＬＣドライバマルチプレクサ及びＬＣキャパシタンスのスイッチング時間によってのみ制限され、これは、従来のＬＣアクティブマトリクス駆動よりも遙かに小さくすることができる。
【００２４】
ＬＣ駆動周波数は、ＬＣドライバマルチプレクサ（例えば、マルチプレクサ／スイッチ１１１）及びＬＣキャパシタンスのスイッチング時間によってのみ制限される点に留意されたい。
【００２５】
１つの実施形態において、電源２１３は、Ｖｐｐ、Ｖｓｓ及びＧＮＤ電圧を供給して、セルドライバの論理に電力供給する。１つの実施形態において、全てのセルのＶｐｐは共通であり、駆動電圧の最大正値（Ｖｄｒｉｖｅ＿ｍａｘ）に等しいか又はそれよりも大きいＤＣ値を有する。１つの実施形態において、全てのセルのＶｓｓは共通であり、駆動電圧の最大負値（Ｖｄｒｉｖｅ＿ｍｉｎ）に等しいか又はそれよりも小さいＤＣ値を有する。１つの実施形態において、Ｖｓｓは、論理構成に必要なＶｄｒｉｖｅ＿ｍｉｎよりも５Ｖ負である。全てのセルのＧＮＤは共通であり、ＬＣの非駆動側と同じレベルである。
【００２６】
ＬＣドライバ周波数及び電圧は、アレイパターン駆動更新速度に無関係にすることができる。パターン更新速度は、周辺レジスタをロードできる速度に依存し、ＬＣ駆動周波数は、ＬＣドライバマルチプレクサ及びＬＣキャパシタンスの切り換え時間によってのみ制限され、従来のＬＣアクティブマトリクス駆動よりも遙かに小さくすることができる。
【００２７】
並列制御レジスタを含む図２の構成は、各セルに１つずつの多数の制御トレースを必要とする。これは、大きなアレイサイズにおいて極めて高価になる可能性がある。
【００２８】
１つの実施形態において、並列制御レジスタは、マトリクス構成の複数の直列シフトレジスタとして構成される。図３は、セルドライバを制御するための直列シフトレジスタを有するアンテナマトリクスを示す。図３を参照すると、直列シフトレジスタ２２０1−２２０nは、互いに結合され、１つの直列シフトレジスタのＤｏｕｔが、チェーンの次の直列シフトレジスタのＤｉｎ入力に供給する。第１直列シフトレジスタのＤｉｎは、アンテナ用に生成された制御パターンを表す、マトリクスパターン生成器３０１の出力に結合される。マトリクスパターン生成器３０１は、第１直列シフトレジスタをロードする必要があり、データを並行してロードするのに使用される各レジスタに対して１つずつの並列ラインのセットを有するのではなく、シフトレジスタの直列チェーンを介して値を伝播する。マトリクスパターン生成器３０１は、制御信号を介して直列シフトレジスタ２２０1−２２０nの全てに結合される。
【００２９】
１つの実施形態において、直列シフトレジスタは、アンテナアレイコントローラ２００とアンテナマトリクスとの間のトレースの数を低減する。図２では、２１１と２１０1及び２１０n間のトレースの数は、アレイにおけるセルの数と２１０1から２１０nをロードし制御するためのトレースの数とを加えたものに等しい。この数は、実施構成に応じて、１からｎとすることができる。しかしながら、図３では、３０１と２２０1から２２０nの間のトレースの数は、データに対して１及びクロックに対して１程度に少なくすることができる。実際には、アレイパターン変更を同期させるために更に一組の信号が存在することができる。
【００３０】
制御トレースの数を低減するための別の技術は、周辺レジスタをセルドライバに移すことである。図４は、ローカルメモリを含むセルドライバの１つの実施形態のブロック図である。図４を参照すると、セルドライバ４００は、駆動入力１０１を有し、駆動入力１０１は、ＬＣをＯＮ状態に駆動するための所望の電圧及び周波数を有するＡＣ  ＬＣ駆動電圧によって駆動される。メモリ４０１は、ＯＮ／ＯＦＦ信号を提供するために使用されるデータを格納し、該ＯＮ／ＯＦＦ信号は、駆動入力１０１からの駆動電圧又は接地電圧１０４の何れかをＬＣ１２０に結合されたＯＵＴ１０３上に出力するようマルチプレクサ１１１を制御する。１つの実施形態において、メモリ４０１はラッチを含む。ラッチのＤ（データ）入力４０１Ａは、入力であり、ＬＥ（ラッチイネーブル）入力４０１Ｂによってクロックインされる。ラッチのＱｎ出力４０１Ｃは、ｍｕｘ（マルチプレクサ）１１１のスイッチングを制御して、どの入力がＯＵＴ１０３に提示されるかを選択する。１つの実施形態において、メモリ４０１（例えばラッチ）は、セルがある状態から別の状態に変わる必要があるときだけ書き込まれる。
【００３１】
図１のセルドライバと同様に、Ｖｐｐ、ＧＮＤ、及びＶｓｓは、セルドライバの内部制御論理に電力を供給するのに使用されるＤＣバイアス電圧である。
【００３２】
図５は、セルドライバがマトリクス状に配列されたマトリクス構成の１つの実施形態を示す。図５を参照すると、各列における全てのセルドライバのＤ入力は共通であり、この列の列ドライバによって駆動される。例えば、第１列におけるセルドライバの全てが列データ１信号によって駆動され、第２列におけるセルドライバの全てが列データ２信号によって駆動され、Ｍ番目の列におけるセルドライバの全てが列データＭ信号によって駆動される。各行における全てのセルドライバのＬＥ入力は共通であり、この行の行ドライバによって駆動される。例えば、行１におけるセルドライバのＬＥ入力は、行ＥＮ１信号によって駆動され、行２におけるセルドライバのＬＥ入力は行ＥＮ２信号によって駆動され、行ＮにおけるセルドライバのＬＥ入力は行ＥＮ  Ｎ信号によって駆動される。全てのセルの駆動入力は共通であり、所望のＬＣ  ＯＮ電圧及び周波数にある。このネットは、サブネットに分割されて、ローディングに起因する所望の電圧及び周波数に適合させるのに必要な場合に複数のドライバによって駆動することができる。
【００３３】
１つの実施形態において、この構成において全てのセルのＶｐｐは共通であり、駆動電圧の最大正値（Ｖｄｒｉｖｅ＿ｍａｘ）に等しいか又はそれよりも大きいＤＣ値を有する。１つの実施形態において、全てのセルのＶｓｓは共通であり、駆動電圧の最大負値（Ｖｄｒｉｖｅ＿ｍｉｎ）に等しいか又はそれよりも小さいＤＣ値を有する。１つの実施形態において、Ｖｓｓは、論理構成に必要なＶｄｒｉｖｅ＿ｍｉｎよりも５Ｖ負である。１つの実施形態において、全てのセルのＧＮＤは共通であり、ＬＣの非駆動側と同じレベルである。
【００３４】
１つの実施形態において、セルドライバは、新しいクロックが発生する度にプログラムされる。これは、ＬＣセルがＯＮ又はＯＦＦになるかどうかを指示する。パターンが変わるときは必ず、セルドライバを更新することができる。セルドライバの全マトリクスを更新するために、アンテナアレイコントローラは、マトリクスを更新するための以下のアルゴリズムを実施する。このアルゴリズムの一部として、制御レジスタからの値の全ては、最初に、列データ信号を使用してＯＮ又はＯＦＦの何れかに設定され、次いで、セルドライバの行が行ＥＮ信号を使用してクロックされ、これによりデータを読取ってセルドライバを制御することができるようになる。次に、列データ信号上の列データから外れて、セルドライバの次の行のデータがプログラムされ、セルドライバの次の行がこのデータに読み込みできるようになる。このことは、フレーム中に全アンテナアレイにおける行の全てのプログラム／更新が完了するまで継続する。
【００３５】
このマトリクスを更新するためのアルゴリズムの１つの実施形態は以下の通りである。
１．各列データｘネット上で、行１値を設定する。これは、駆動電圧ＶＤｒｉｖｅをセルドライバ出力ＯＵＴに渡すために高（ｈｉｇｈ）となり、又はＧＮＤをセルドライバ出力ＯＵＴに渡すために低（ｌｏｗ）となる。
２．データをラッチの行にクロックする。行ＥＮ１をｈｉｇｈにし、遅延（例えば１０μＳ）させ、行ＥＮ１をｌｏｗにする。
３．各列データｘネット上で、次の行の値を設定する。
４．データをラッチの次の行（この行のセルドライバ）にクロックする。
５．全ての行に対してステップ３及び４を繰り返す。
６．次のフレームパターンを決定し、１から６を繰り返す。
【００３６】
１０μＳラッチイネーブル時間では、１８０行のマトリクスは、２０ｍＳ未満のフレーム速度を有する。１つの実施形態において、ＬＣ駆動周波数は、行の数に依存しないが、電圧駆動ＶＤｒｉｖｅ入力及び負荷キャパシタンスのスルーレート及び駆動によって制限される。従って、このアーキテクチャは、マトリクス更新速度からＬＣ駆動周波数を分離する。
【００３７】
このアーキテクチャの１つの利点は、マトリクスメモリ構成におけるセルドライバ構造により、ＬＣ駆動周波数（例えば、２ｋＨｚ）の２倍の速度でマトリクスを繰り返す要件が、フレーム当たりに一度にまで（２０ｍｓ＝＞５０Ｈｚ）低減されることである。
【００３８】
別の利点は、セルが直接駆動されるので（セルドライバＯＮ  ＦＥＴ、例えば図７のＭ５、図４のマルチプレクサ１１１を通じて）、セル蓄積キャパシタに対する要件が無いことである。これは、セルの充電時間を低減し、ＬＣ駆動周波数を増大する助けとなる。
【００３９】
この構成には、幾つかの制限がある。駆動電圧Ｖｄｒｉｖｅがセルの全て（又はＶｄｒｉｖｅサブネットにおけるセルの全て）に共通であるとき、個々のセルは、駆動電圧Ｖｄｒｉｖｅの異なる電圧レベルによって生成される異なるグレーシェードを有することができない。すなわち、セルドライバは、ＯＮ又はＯＦＦの何れかであり、ＡＣ電圧によって又はＧＮＤによってＬＣを駆動することができる。フレーム速度によって定められる解像度でパルス幅変調（ＰＷＭ）法を用いることによって、個々のグレーシェードを有することができる。１つの実施形態において、より短い時間期間でセルをターンオンし、次いでセルがＯＮ又はＯＦＦの何れであるか明らかにならないように長い時間オフのままにすることができるグレーシェーディング技術が使用される。フレームが十分に速い場合、ＰＷＭグレーパターンは、セルドライバがＯＮ及びＯＦＦである時間量を制御することができ、オン−オフスイッチング間の発振比に応じて、異なるレベルのグレーシェードを達成することができる。より具体的には、図１８は、ＰＷＭグレーシェーディングを達成する、ＬＣ両端に印加される様々な電圧波形の２つのフレーム時間を示す。図１８を参照すると、上の区画は、完全にＯＮのセルの電圧波形を示し、下の区画は、完全にＯＦＦのセルの電圧波形を示す。他の区画は、電圧が発振している（ＯＮ）時間と電圧がゼロボルト（ＯＦＦ）である時間の比にシェードが基いているグレーシェード波形を示す。グレーの異なるシェードの細粒度は、フレーム時間に対するフレームＯＦＦ状態に対してＯＮ及びＯＦＦ状態を変えることができる速度に依存することになり、ここでフレーム時間は、マトリクスパターンが変わる必要のある時間である。
【００４０】
追加のセルドライバを補間することによって、上述のＰＷＭをＭＥＭＳセルと共に用いて、グレーシェードを達成することができる点に留意されたい。
【００４１】
図６は、１又は２以上の直列レジスタによって制御されるアンテナマトリクスを示す。図６を参照すると、直列出力制御を備えたマトリクスパターン生成器６０１は、入力データを直列レジスタ６０２に提供する。直列レジスタ６０２は、セルドライバにおけるラッチのＤ（データ）入力に結合された列データ１−Ｍ信号に結合される、制御信号である出力を有する。また、マトリクスパターン生成器６０１は、入力データを直列レジスタ６０３に提供する。直列レジスタ６０３は、セルドライバのラッチのＬＥ入力に結合された行ＥＮ１−Ｎ信号に結合される、制御信号である出力を有する。マトリクスパターン生成器６０１は、駆動パターンを直列レジスタに直列的に提供して、行ＥＮ信号に基づいて、セルドライバの１つの行が一度にデータをラッチする。
【００４２】
図７−９は、セルドライバ機能を実行するための回路の実施例の図を示す。図７は、復号及び出力ドライバの１つの実施形態の回路図を示す。この回路は、入力制御電圧を出力電圧とは異なるようにすることができるレベルシフターとして機能する。トランジスタＭ５又はＭ１９がオンである場合、駆動電圧Ｖｄｒｉｖｅが出力される。これは、マルチプレクシング（多重化）スイッチの出力を制御するインバータを介して進む回路の入力においてＯＮ＿ＯＦＦ信号によって起動されることになる。ＡＣ駆動電圧が両方のトランジスタＭ５及びＭ１９を介して出力に切り換えられたときに、出力を駆動する２つの経路がある点に留意されたい。これは、ＡＣ信号が正及び負部分の両方を有しており、２つの経路により、ＡＣ駆動信号がマルチプレクシングスイッチから出力されるように選択されたときにＬＣが確実に常にｈｉｇｈに駆動されることに起因する。マルチプレクシングスイッチの出力が接地されなくてはならないことをＯＮ＿ＯＦＦ信号が示すときには、回路の他の部分は、出力を接地にクランプする。
【００４３】
図８及び９は、セルドライバのＯＮ／ＯＦＦ状態を保持するラッチメモリを含む、セルドライバの２つの異なる構成の概略図を示す。より具体的には、図８は双安定構成である。図８を参照すると、第１の１ビットレジスタは、クロック信号（ＬＥ）用であり、第２回路は、フリップフロップ又はラッチ用である。クロック回路は、メモリ部分及びその後に続く波形整形及び増幅部を含み、制御を実行するために電圧レベルを引き上げる。Ｄ入力回路は、レジスタを含み、データ値にラッチするため正のフィードバックを使用する。図９は、キャパシタ１ビットレジスタを含むセルドライバ回路の別の実施形態を示す。この構成は、ＴＦＴをあまり使用せず、ＯＮ／ＯＦＦ状態を格納するためにキャパシタを組み入れる。３つの少なめのインバータ段が存在する点も留意されたい。
【００４４】
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【００４５】
図７〜９の回路の動作は、当業者には良く理解されるであろう。
【００４６】
図１０は、図７〜９の回路のシミュレーションの詳細を示す。図１０を参照すると、図１０の上の区画は、ＤＲＩＶＥ入力に印加された１ＫＨｚ、１０Ｖｒｍｓの入力信号Ｖｄｒｉｖｅを示す。他の電圧を使用できる点に留意されたい。
【００４７】
図１０の２番目の区画は、セルへのデータ入力（Ｄ）を示す。図５に示したマトリクス構成では、これは、交互する「フレーム」のための行１のこの列におけるこのセルのターンＯＮ及び他のフレームのターンＯＦＦを表し、ここで１つのフレーム当たりの時間は２０ｍｓである。
【００４８】
図１０の３番目の区画は、セルのクロック（ＬＥ）を示す。図５に示したマトリクス構成では、これは、２０ｍｓフレーム毎のデータのクロッキングを表す。
【００４９】
１つの実施形態において、クロック及びデータのパルス幅は、使用されるＴＦＴトランジスタモデルでレジスタにデータをラッチするのに十分に長い１０μＳに設定される。他の時間を使用することができ、ＴＦＴの設計に依存する。これより短い時間は、データを確実に記録することができない。これはまた、２０ｍｓフレーム時間内に２００マトリクス行を更新するのに十分短い（マージンなし）。
【００５０】
図９の４番目の区画は、ＬＣセルを駆動するセルドライバのＯＵＴ信号である。これは、１ＫＨｚ１０Ｖｒｍｓ信号が１つおきの２０ｍｓフレーム毎にＯＮ及びＯＦＦ（ＧＮＤ）交互することを示している。
【００５１】
アンテナ実施形態の実施例
上述の技術は、フラットパネルアンテナと共に使用することができる。このようなフラットパネルアンテナの実施形態が開示される。フラットパネルアンテナは、アンテナ開口面上にアンテナ素子の１又は２以上のアレイを含む。１つの実施形態において、アンテナ素子は液晶セルを含む。１つの実施形態において、フラットパネルアンテナは、マトリクス駆動回路を含む円筒状給電アンテナであり、行及び列状に配置されていないアンテナ素子の各々を一意的にアドレス指定して駆動する。１つの実施形態において、アンテナ素子はリング状に配置される。
【００５２】
１つの実施形態において、アンテナ素子の１又は２以上のアレイを有するアンテナ開口面は、互いに結合された複数のセグメントから構成される。互いに結合されると、セグメントの組合せは、アンテナ素子の閉じた同心リングを形成する。１つの実施形態において、同心リングは、アンテナ給電部に対して同心である。
【００５３】
アンテナシステムの実施例の概要
１つの実施形態において、フラットパネルアンテナは、メタマテリアルアンテナシステムの一部である。通信衛星地上局用のメタマテリアルアンテナシステムの実施形態が記載される。１つの実施形態において、アンテナシステムは、民間商用衛星通信用のＫａ帯域周波数又はＫｕ帯域周波数の何れかを使用して動作する移動体プラットフォーム（例えば、空、海、陸、その他）上で作動している衛星地上局（ＥＳ）の構成要素又はサブシステムである。アンテナシステムの実施形態は、移動体プラットフォーム上でない地上局（例えば、固定又は輸送可能な地上局）で用いることもできる点に留意されたい。
【００５４】
１つの実施形態において、アンテナシステムは、表面散乱メタマテリアル技術を使用して、別個のアンテナを介して送受信ビームを形成及び誘導する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、デジタル信号処理を利用してビームを電気的に形成及び誘導するアンテナシステム（位相アレイアンテナなど）とは対照的に、アナログシステムである。
【００５５】
１つの実施形態において、アンテナシステムは、以下の３つの機能的サブシステム、すなわち、（１）円筒波給電アーキテクチャから成る導波構造、（２）アンテナ素子の一部である波動散乱メタマテリアル単位セルのアレイ、及び（３）ホログラム原理を用いてメタマテリアル散乱素子から調節可能な放射フィールド（ビーム）の形成を命令する制御構造から構成される。
【００５６】
導波構造の実施例
図１１Ａは、円筒波給電を提供するのに使用される同軸給電部の１つの実施形態の上面図を示す。図１１Ａを参照すると、同軸給電部は、中心導体と外側導体とを含む。１つの実施形態において、円筒波給電アーキテクチャは、給電ポイントから円筒状に外向きに拡がる励起を中心ポイントからアンテナに給電する。すなわち、円筒状給電アンテナは、外向きに進む同心給電波を生成する。とはいえ、円筒状給電部の周りの円筒状給電アンテナの形状は、円形、四角形、又は何れかの形状とすることができる。別の実施形態において、円筒状給電アンテナは、内向きに進む給電波を生成する。このような場合には、給電波が円形構造から生じるのが最も自然である。
【００５７】
図１１Ｂは、円筒状給電アンテナの入力給電部の周りに同心リング状に配置されたアンテナ素子の１又はそれ以上のアレイを有する開口面を示す。
【００５８】
アンテナ素子
１つの実施形態において、アンテナ素子は、パッチアンテナの１つのグループを含む。パッチアンテナのこの１つのグループは、散乱メタマテリアル素子のアレイを含む。１つの実施形態において、アンテナシステムにおける各散乱素子は、下部導体と、誘電体基板と、相補的電気誘導容量共振器（「相補型電気ＬＣ」又は「ＣＥＬＣ」）を組み込む上部導体とから成る単位セルの一部であり、相補的電気誘導容量共振器は、上部導体にエッチング又は堆積される。
【００５９】
１つの実施形態において、液晶（ＬＣ）が散乱素子の周りのギャップに配置される。このＬＣは、上述の直接駆動の実施形態によって駆動される。１つの実施形態において、液晶は、各単位セルに封入され、スロットに関連する下部導体をパッチに関連する上部導体から分離する。液晶は、液晶を含む分子の配向の関数である誘導率を有し、分子の配向（従って誘導率）は、液晶にわたるバイアス電圧を調節することによって制御することができる。１つの実施形態において、この特性を使用して、液晶は、誘導波からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のためのオン／オフスイッチを統合する。オンに切り換えられると、ＣＥＬＣは、電気的に小さなダイポールアンテナのように電磁波を放射する。本明細書の教示は、エネルギー伝達に関してバイナリ（二値）方式で動作する液晶を有するものに限定されるものではない点に留意されたい。
【００６０】
１つの実施形態において、このアンテナシステムの給電形状は、波状給電部の波のベクトルに対してアンテナ素子を４５度（４５°）の角度で配置できるようになる。他の位置（例えば４０°の角度）を使用してもよい点に留意されたい。この素子の位置は、素子が受け取る又は素子から伝送／放射される自由空間波の制御を可能にする。１つの実施形態において、アンテナ素子は、アンテナの動作周波数の自由空間波長よりも小さい素子間間隔で配列される。例えば、波長毎に４つの散乱素子が存在する場合、３０ＧＨｚの送信アンテナの素子は、約２．５ｍｍ（すなわち、３０ＧＨｚの自由空間波長１０ｍｍの１／４）になる。
【００６１】
１つの実施形態において、２つのセットの素子が互いに垂直であり、同じ同調状態に制御される場合に等しい振幅励起を同時に有する。これらのセットを給電波励起に対して＋／−４５度回転させると、両方の所望の特徴が同時に達成される。１つのセットを０度回転させ、他方を９０度回転させると、垂直の目標は達成されるが、等振幅励起の目標は達成されない。単一の構造のアンテナ素子のアレイに２つの側から給電するときには、０及び９０度を用いて分離を達成することができる点に留意されたい。
【００６２】
各単位セルから放射される出力の量は、コントローラを使用してパッチに電圧（ＬＣチャネルにわたる電位）を印加することによって制御される。各パッチへのトレースを用いて、パッチアンテナに電圧を提供する。この電圧を使用して、キャパシタンス及びひいては個々の素子の共振周波数を同調又は離調してビーム形成を達成する。必要とされる電圧は、使用される液晶混合物によって決まる。液晶混合物の電圧同調特性は、液晶が電圧及び飽和電圧の影響を受け始める閾値電圧と、それより上では電圧の増加により液晶の主同調が生じない飽和電圧とによって主に表される。これらの２つの特性パラメータは、異なる液晶混合物について変えることができる。
【００６３】
１つの実施形態において、上述のように、各セルに対して別個の接続を有することなく他のセルの全てから別個に各セルを駆動（直接駆動）するために、マトリクス駆動を用いてパッチに電圧を印加する。素子が高密度であるので、マトリクス駆動は、各セルを個別にアドレス指定するのに効率的な方法である。
【００６４】
１つの実施形態において、アンテナシステムの制御構造は、２つの主構成要素を有し、アンテナシステムのための駆動電子機器を含むアンテナアレイコントローラは、波動散乱構造の下方にあり、マトリクス駆動スイッチングアレイは、放射と干渉しないような方式で放射ＲＦアレイ全体にわたって散在する。１つの実施形態において、アンテナシステムの駆動電子機器は、当該素子へのＡＣバイアス信号の振幅又はデューティサイクルを調節することによって各散乱素子のバイアス電圧を調節する、商用テレビジョン機器で使用される既成の商用ＬＣＤ制御装置を含む。
【００６５】
１つの実施形態において、このアンテナアレイコントローラはまた、ソフトウェアを実行するマイクロプロセッサを包含する。制御構造はまた、位置及び方位情報をプロセッサに提供するセンサ（例えば、ＧＰＳ受信機、３軸コンパス、３軸加速度計、３軸ジャイロ、３軸磁気探知機など）を組み込むことができる。位置及び方位情報は、地上局における他のシステムによってプロセッサに提供することができ、及び／又はアンテナシステムの一部としないこともできる。
【００６６】
より具体的には、アンテナアレイコントローラは、動作周波数でどの素子をどの位相及び振幅レベルでターンオフしてターンオンするかを制御する。これらの素子は、電圧の印加によって周波数動作に対して選択的に離調される。
【００６７】
送信では、コントローラは、電圧信号のアレイをＲＦパッチに供給して変調又は制御パターンを生成する。制御パターンは、素子を様々な状態に変化させる。１つの実施形態において、様々な素子が異なるレベルにターンオン及びオフされる多状態制御を使用して、方形波（すなわち、正弦グレーシェード変調パターン）とは対照的に、正弦波制御パターンに更に近付ける。１つの実施形態において、一部の素子が放射し一部が放射しないのではなく、一部の素子が他の素子よりも強く放射する。可変放射は、特定の電圧レベルを印加して、液晶誘導率を様々な量に調節し、これにより素子を可変的に離調させて一部の素子が他の素子よりも多く放射させるようにすることによって達成される。
【００６８】
素子のメタマテリアルアレイによる集束ビームの生成は、建設的干渉及び相殺的干渉の現象によって説明することができる。個々の電磁波は、自由空間において遭遇したときに同じ位相を有する場合には合計され（建設的干渉）、自由空間で遭遇したときに逆位相である場合には互いに打ち消し合う（相殺的干渉）。スロットアンテナのスロットが、各連続するスロットが誘導波の励起ポイントから異なる距離に位置するように配置されている場合、その素子からの散乱波は、前のスロットの散乱波とは異なる位相を有することになる。スロットが誘導波長の１／４だけ離間されている場合、各スロットは、前のスロットから１／４位相遅延で波動を散乱させることになる。
【００６９】
アレイを使用して、生成できる建設的干渉及び相殺的干渉のパターンの数を増加することができ、理論的には、ホログラムの原理を用いてアンテナアレイのボアサイトから±９０度（９０°）の何れかの方向にビームを向けることができる。従って、どのメタマテリアル単位セルをターンオン又はオフにするかを制御することによって（すなわち、どのセルのパターンをターンオンしてどのセルをターンオフするかを変えることによって）、建設的干渉及び相殺的干渉の異なるパターンを生成することができ、アンテナが、主ビームの方向を変えることができる。単位セルをターンオン及びターンオフするのに必要な時間は、ビームを１つの位置から別の位置に切り換えることができる速度を決定付ける。
【００７０】
１つの実施形態において、アンテナシステムは、アップリンクアンテナの１つの誘導可能ビーム及びダウンリンクアンテナの１つの誘導可能ビームを生成する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、メタマテリアル技術を使用して、衛星からビームを受信し、衛星からの信号を復号し、衛星に向けられる送信ビームを形成する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、デジタル信号処理を利用してビームを電気的に形成及び誘導するアンテナシステム（位相アレイアンテナなど）とは対照的に、アナログシステムである。１つの実施形態において、アンテナシステムは、特に従来の衛星ディッシュ受信機と比べたときに平面且つ比較的低プロファイルである「表面」アンテナとみなされる。
【００７１】
図１２は、接地面及び再構成可能共振器層を含むアンテナ素子の１つの行の斜視図を示す。再構成可能共振器層１２３０は、同調型スロットのアレイ１２１０を含む。同調型スロットのアレイ１２１０は、所望の方向にアンテナを向けるよう構成することができる。同調型スロットの各々は、液晶にわたる電圧を変えることによって同調／調節することができる。
【００７２】
制御モジュール１２８０は、再構成可能共振器層１２３０に結合されて、図１２において液晶にわたる電圧を変えることによって同調型スロットのアレイ１２１０を変調する。制御モジュール１２８０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、マイクロプロセッサ、コントローラ、システム・オン・チップ（ＳｏＣ）、又は他の処理論理を含むことができる。１つの実施形態において、制御モジュール１２８０は、同調型スロットのアレイ１２１０を駆動する論理回路（例えば、マルチプレクサ）を含む。１つの実施形態において、制御モジュール１２８０は、同調型スロットのアレイ１２１０上に駆動されるホログラム回折パターンの仕様を含むデータを受信する。ホログラム回折パターンは、アンテナと衛星間の空間関係に応答して、ホログラム回折パターンが通信に適切な方向でダウンリンクビーム（アンテナシステムが送信を実行する場合はアップリンクビーム）を誘導するように生成することができる。各図には示されていないが、制御モジュール１２８０に類似した制御モジュールが、本開示の図に示される同調型スロットの各アレイを駆動することができる。
【００７３】
ＲＦ参照ビームがＲＦホログラム回折パターンに遭遇したときに所望のＲＦビームを生成できる類似の技術を使用して、無線周波数（「ＲＦ」）ホログラムも可能である。衛星通信の場合、参照ビームは、給電波１２０５（一部の実施形態では約２０ＧＨｚなどの給電波の形態である）。給電波を放射ビーム（送信又は受信目的の何れかで）に変換するために、所望のＲＦビーム（物体ビーム）と給電波（参照ビーム）の間の干渉パターンが計算される。この干渉パターンは、給電波が所望のＲＦビーム（所望の形状及び方向を有する）内に「誘導」されるように、同調型スロットのアレイ１２１０上で回折パターンとして駆動される。換言すると、ホログラム回折パターンに遭遇した給電波は、通信システムの設計要件に従って形成される物体ビームを「再構成」する。ホログラム回折パターンは、各素子の励起を包含し、導波路の波動方程式であるｗinと、外向き波の波動方程式であるｗoutとを用いて、
【数１】
2019502311.tif 000006
によって計算される。
【００７４】
図１３は、同調型共振器／スロット１２１０の１つの実施形態を示す。同調型スロット１２１０は、アイリス／スロット１２１２、放射パッチ１２１１、及びアイリス１２１２とパッチ１２１１の間に配置された液晶１２１３を含む。１つの実施形態において、放射パッチ１２１１はアイリス１２１２と同じ場所に配置される。
【００７５】
図１４は、物理的アンテナ開口面の１つの実施形態の断面図を示す。アンテナ開口面は、接地面１２４５、及び再構成可能共振器層１２３０に含まれるアイリス層１２３３内の金属層１２３６を含む。１つの実施形態において、図１４のアンテナ開口面は、図１３の複数の同調型共振器／スロット１２１０を含む。アイリス／スロット１２１２は、金属層１２３６の開口部によって定められる。図１２の給電波１２０５などの給電波は、衛星通信チャネルと適合性のあるマイクロ波周波数を有することができる。給電波は、接地面１２４５と共振器層１２３０との間を伝播する。
【００７６】
再構成可能共振器層１２３０はまた、ガスケット層１２３２及びパッチ層１２３１を含む。ガスケット層１２３２は、パッチ層１２３１及びアイリス層１２３３の下方に配置される。１つの実施形態において、ガスケット層１２３２とスペーサを置き換えることができる点に留意されたい。１つの実施形態において、アイリス層１２３３は、金属層１２３６として銅層を含むプリント回路基板（「ＰＣＢ」）である。１つの実施形態において、アイリス層１２３３はガラスである。アイリス層１２３３は他のタイプの基板にすることもできる。
【００７７】
銅層に開口部をエッチングして、スロット１２１２を形成することができる。１つの実施形態において、アイリス層１２３３は、図１４の別の構造（例えば導波路）に導電結合層によって導電結合される。１つの実施形態では、このアイリス層は、導電結合層によって導電結合されず、代わりに非導電結合層と相互連結される点に留意されたい。
【００７８】
パッチ層１２３１はまた、放射パッチ１２１１として金属を含むＰＣＢとすることができる。１つの実施形態において、ガスケット層１２３２は、金属層１２３６とパッチ１２１１との間の寸法を定める機械的離隔絶縁部を提供するスペーサ１２３９を含む。１つの実施形態において、このスペーサは７５ミクロンであるが、他のサイズ（例えば３〜２００ｍｍ）を使用することもできる。上述のように、１つの実施形態において、図４のアンテナ開口面が、図１３のパッチ１２１１、液晶１２１３、及びアイリス１２１２を含む同調型共振器／スロット１２１０のような複数の同調型共振器／スロットを含む。液晶１２１３のためのチャンバは、スペーサ１２３９、アイリス層１２３３及び金属層１２３６によって定められる。チャンバが液晶で充填されると、スペーサ１２３９上にパッチ層１２３１を積層して共振器層１２３０内に液晶をシールする。
【００７９】
パッチ層１２３１とアイリス層１２３３の間の電圧を変調して、パッチとスロット（例えば、同調型共振器／スロット１２１０）間のギャップに液晶を同調させることができる。液晶１２１３両端の電圧を調節することで、スロット（例えば、同調型共振器／スロット１２１０）のキャパシタンスが変化する。従って、スロット（例えば、同調型共振器／スロット１２１０）のリアクタンスは、キャパシタンスを変えることによって変化させることができる。スロット１２１０の共振周波数は、次式：
【数２】
2019502311.tif 000007
に従って変化し、ここで、ｆはスロット１２１０の共振周波数、Ｌ及びＣはそれぞれ、スロット１２１０のインダクタンス及びキャパシタンスである。スロット１２１０の共振周波数は、導波路を通って伝播する給電波１２０５から放射されるエネルギーに影響を及ぼす。一例として、給電波１２０５が２０ＧＨｚである場合、スロット１２１０の共振周波数を１７ＧＨｚに調節し（キャパシタンスを変えることによって）、スロット１２１０が給電波１２０５からのエネルギーを実質的に結合しないようにすることができる。或いは、スロット１２１０の共振周波数を２０ＧＨｚに調節し、スロット１２１０が給電波１２０５からエネルギーを結合して、このエネルギーを自由空間に放射するようにすることができる。与えられた実施例はバイナリ（二値）である（完全に放射するか又は全く放射しない）が、多値範囲にわたって電圧変動が有れば、リアクタンス、従ってスロット１２１０の共振周波数のフルグレースケール制御が可能である。従って、各スロット１２１０から放射されるエネルギーを細かく制御し、同調型スロットのアレイによって詳細なホログラム回折パターンが形成できるようにすることができる。
【００８０】
１つの実施形態において、１つの行における同調型スロットは、互いにλ／５だけ離間して配置される。他の間隔も使用することができる。１つの実施形態において、１つの行における各同調型スロットは、隣接する行における最も近い同調型スロットからλ／２だけ離間して配置され、従って、異なる行において共通して配向された同調型スロットは、λ／４だけ離間して配置されるが、他の間隔（例えば、λ／５、λ／６．３）も可能である。別の実施形態において、１つの行における各同調型スロットは、隣接する行における最も近い同調型スロットからλ／３だけ離間して配置される。
【００８１】
実施形態は、２０１４年１１月２１日に出願された「誘導可能な円筒状給電部ホログラムアンテナからの偏波及び結合の動的制御（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｒｏｍ  ａ  Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ  Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｌｙ  Ｆｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ａｎｔｅｎｎａ）」という名称の米国特許出願第１４，５５０，１７８号明細書、及び２０１５年１月３０日に出願された「再構成可能アンテナのためのリッジ付き導波路給電構造（Ｒｉｄｇｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｆｅｅｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ａｎｔｅｎｎａ）」という名称の米国特許出願第１４／６１０，５０２号明細書に記載されるような再構成可能なメタマテリアル技術を使用する。
【００８２】
図１５Ａ−Ｄは、スロットアレイを生成するための異なる層の１つの実施形態を示す。このアンテナアレイは、図１１Ｂに示す例示的なリングなどリング状に配置されるアンテナ素子を含む。この実施例では、アンテナアレイが、２つの異なるタイプの周波数帯域に使用される２つの異なるタイプのアンテナ素子を有する点に留意されたい。
【００８３】
図１５Ａは、スロットに対応する位置を有する第１のアイリス基板層の一部分を示す。図１５Ａを参照すると、円は、アイリス基板の底部側のメタライゼーションにおける開放領域／スロットであり、給電部（給電波）に対する素子の結合を制御するためのものである。この層は任意の層であり、全ての設計で使用されるわけではない点に留意されたい。図１５Ｂは、スロットを包含する第２のアイリス基板層の一部分を示す。図１５Ｃは、第２のアイリス基板層の一部を覆うパッチを示す。図１５Ｄは、スロットアレイの一部の上面図を示す。
【００８４】
図１６Ａは、円筒状給電アンテナ構造の１つの実施形態の側面図を示す。このアンテナは、二重層給電構造（すなわち、給電構造の２つの層）を使用して内向きに進む波動を生成する。１つの実施形態において、このアンテナは円形の外側形状を含むが、これは必須ではない。すなわち、非円形の内向きに進む構造を使用することができる。１つの実施形態において、図１６Ａのアンテナ構造は、図１１の同軸給電部を含む。
【００８５】
図１６Ａを参照すると、同軸ピン１６０１を用いて、アンテナの下部レベルの場を励起する。１つの実施形態において、同軸ピン１６０１は、容易に入手可能な５０Ω同軸ピンである。同軸ピン１６０１は、導電接地面１６０２であるアンテナ構造の底部に結合される（例えばボルト留めされる）。
【００８６】
内部導体である間隙導体１６０３は、導電接地面１６０２からの分離される。１つの実施形態において、導電接地面１６０２及び間隙導体１６０３は互いに平行である。１つの実施形態において、接地面１６０２と間隙導体２０３との間の距離は、０．１〜０．１５インチである。別の実施形態において、この距離はλ／２とすることができ、ここでλは動作周波数での進行波の波長である。
【００８７】
接地面１６０２は、スペーサ１６０４を介して間隙導体１６０３から分離される。１つの実施形態において、スペーサ１６０４は、発泡又は空気様スペーサである。１つの実施形態において、スペーサ１６０４はプラスチックスペーサを含む。
【００８８】
間隙導体１６０３の上部には、誘電体層１６０５がある。１つの実施形態において、誘電体層１６０５はプラスチックである。誘電体層１６０５の目的は、自由空間速度に対して進行波を遅くすることである。１つの実施形態において、誘電体層１６０５は、自由空間に対して３０％進行波を遅くする。１つの実施形態において、ビーム形成に好適な屈折率の範囲は、１．２〜１．８であり、自由空間は、定義上、１に等しい屈折率を有する。例えば、プラスチックなどの他の誘電スペーサ材料を用いて、この効果を達成することができる。所望の波動減速効果を達成する限り、プラスチック以外の材料を使用できる点に留意されたい。或いは、例えば機械加工又はリソグラフィーにより定めることができる周期的サブ波長金属構造などの分散構造を有する材料を誘電体１６０５として使用することができる。
【００８９】
ＲＦアレイ１６０６は誘電体１６０５の上部にある。１つの実施形態において、間隙導体１６０３とＲＦアレイ６０６との間の距離は、０．１〜０．１５インチである。別の実施形態において、この距離はλeff／２とすることができ、ここでλeffは設計周波数での媒体中の有効波長である。
【００９０】
アンテナは、側部１６０７及び１６０８を含む。側部１６０７及び１６０８は、同軸ピン１６０１からの進行波給電が間隙導体１６０３の下方の領域（スペーサ層）から間隙導体１６０３の上方の領域（誘電体層）に反射を介して伝播するような角度が付けられる。１つの実施形態において、側部１６０７及び１６０８の角度は４５度の角度である。代替えの実施形態において、側部１６０７及び１６０８は、反射を達成するために連続半径に置き換えることができる。図１６Ａは、４５度の角度を有する角度付き側部を示すが、下部レベル給電から上部レベル給電への信号伝送を達成する他の角度も使用することができる。すなわち、下部給電の有効波長が上部給電の有効波長とは一般的に異なるとすると、理想的な４５度角度からの一部の偏差を使用して、下部給電レベルから上部給電レベルへの伝送を助けることができる。例えば、別の実施形態において、４５度の角度は、単一の段部で置き換えられる。アンテナの１つの端部上の段部は、誘電体層、間隙導体、及びスペーサ層を一周する。同じ２つの段部が、これらの層の他方の端部に存在する。
【００９１】
作動中、給電波が同軸ピン１６０１から給電されると、波動は、接地面１６０２と間隙導体１６０３との間の領域で同軸ピン１６０１から同心円状に外向きに進む。同心円状に外に向かう波は、側部１６０７及び１６０８によって反射され、間隙導体１６０３とＲＦアレイ１６０６との間の領域で内向きに進む。円形周縁部の縁部からの反射は、波動を同相内に留まらせる（すなわち、同相反射である）。進行波は、誘電体層１６０５によって遅くなる。この時点で、進行波は、ＲＦアレイ１６０６の素子との相互作用及び励起を開始して所望の散乱を取得する。
【００９２】
進行波を終了するために、アンテナの幾何学的中心にて終端部１６０９がアンテナに含まれる。１つの実施形態において、終端部１６０９は、ピン終端（例えば、５０Ωピン）を含む。別の実施形態において、終端部１６０９は、未使用のエネルギーを終端してアンテナの給電構造を通る当該未使用のエネルギーの反射を阻止するＲＦ吸収層を含む。これらはＲＦアレイ１６０６の上部で使用することができる。
【００９３】
図１６Ｂは、外向き波を有するアンテナシステムの別の実施形態を示す。図１６Ｂを参照すると、２つの接地面１６１０及び１６１１は、接地面間で互いに誘電体層１６１２（例えばプラスチック層など）に対して実質的に平行である。ＲＦ吸収材１６１９（例えばレジスタ）は、２つの接地面１６１０及び１６１１を共に結合する。同軸ピン１６１５（例えば５０Ω）がアンテナに給電する。ＲＦアレイ１６１６は、誘電体層１６１２及び接地面１６１１の上部にある。
【００９４】
作動中、給電波は、同軸ピン１６１５を介して給電され、同心円状に外向きに進んで、ＲＦアレイ１６１６の素子と相互作用する。
【００９５】
図１６Ａ及び１６Ｂの両方のアンテナにおける円筒状給電部は、アンテナのサービス角度を向上させる。プラス又はマイナス４５度の方位角（±４５°Ａｚ）及びプラス又はマイナス２５度仰角（±２５°Ｅｌ）のサービス角度の代わりに、１つの実施形態において、このアンテナシステムは、全ての方向のボアサイトから７５度（７５°）のサービス角度を有する。多くの個々の放射体から構成される何れかのビーム形成アンテナと同様に、全体のアンテナ利得は、それ自体が角度に依存する構成素子の利得に依存する。共通放射素子を用いると、全体のアンテナ利得は、通常、ビームがボアサイトから離れて向けられるにつれて減少する。７５度離れたボアサイトでは、約６ｄＢの有意な利得劣化が予想される。
【００９６】
円筒状給電部を有するアンテナの実施形態は、１又は２以上の問題を解決する。これらは、協働分割ネットワークを備えたアンテナ給電と比較すると給電構造を劇的に簡素化するステップ、及びひいては必要な全アンテナ及びアンテナ給電ボリュームを低減するステップ、粗い制御で高ビーム性能を維持することによって製造及び制御エラーに対する感度を低減する（方法の全てを簡単なバイナリ制御に拡張する）ステップ、円筒状に向けられた給電波が遠距離場での空間的に多様なサイドローブを生じるので、直線的な給電に比べてより有利なサイドローブパターンを与えるステップ、及び左手円、右手円、及び線形極性を可能にすることを含む偏波を動的にすると同時に偏光器を必要としないステップを含む。
【００９７】
波動散乱素子のアレイ
図１６ＡのＲＦアレイ１６０６及び図１６ＢのＲＦアレイ１６１６は、放射体として機能する１つのグループのパッチアンテナ（すなわち散乱器）を含む波動散乱サブシステムを含む。この１つのグループのパッチアンテナは、散乱メタマテリアル素子のアレイを含む。
【００９８】
１つの実施形態において、アンテナシステムにおける各散乱素子は、下部導体と、誘電体基板と、相補型電気誘導容量共振器（「相補型電気ＬＣ」又は「ＣＥＬＣ」）を組み込む上部導体とからなる単位セルの一部であり、相補型電気誘導容量共振器は、上部導体にエッチング又は蒸着される。
【００９９】
１つの実施形態において、液晶（ＬＣ）が散乱素子の周りのギャップに注入される。液晶は、各単位セルに封入され、スロットに関連する下部導体をパッチに関連する上部導体から分離する。液晶は、液晶を含む分子の配向の関数である誘電率を有し、分子の配向（従って誘電率）は、液晶にわたるバイアス電圧を調節することによって制御することができる。この特性を使用して、液晶は、誘導波からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のためのオン／オフスイッチとして機能する。オンに切り換えられると、ＣＥＬＣは、電気的に小さなダイポールアンテナのように電磁波を放射する。
【０１００】
ＬＣの厚みを制御することにより、ビームスイッチング速度が増大する。下部導体と上部導体との間のギャップ（液晶の厚み）を５０パーセント（５０％）低減することにより、速度が４倍に増大する。別の実施形態において、液晶の厚みは、約１４ミリ秒（１４ｍｓ）のビームスイッチング速度を結果としてもたらす。１つの実施形態において、ＬＣは、応答性が向上するような当技術分野で公知の方法でドープされ、７ミリ秒（７ｍｓ）要件に適合できるようになる。
【０１０１】
ＣＥＬＣ素子は、ＣＥＬＣ素子の面に平行で且つＣＥＬＣギャップ補完物に垂直に印加される磁界に応答する。電圧がメタマテリアル散乱単位セルにおいて液晶に印加されると、誘導波の磁界成分がＣＥＬＣの磁気励起を誘導し、その結果、誘導波と同じ周波数の電磁波が生成される。
【０１０２】
単一のＣＥＬＣによって生成された電磁波の位相は、誘導波のベクトル上のＣＥＬＣの位置によって選択することができる。各セルは、ＣＥＬＣに平行な誘導波と同相で波動を生成する。ＣＥＬＣは波長よりも小さいので、出力波は、ＣＥＬＣの真下を通るときに誘導波の位相と同じ位相を有する。
【０１０３】
１つの実施形態において、このアンテナシステムの円筒状給電部幾何形状により、ＣＥＬＣ素子を波給電における波のベクトルに対して４５度（４５°）の角度で位置付けできるようになる。この素子の位置により、素子から生成され又は素子によって受け取られる自由空間波の偏波の制御を可能にする。１つの実施形態において、ＣＥＬＣは、アンテナの動作周波数の自由空間波長よりも小さい素子間間隔で配列される。例えば、波長毎に４つの散乱素子が存在する場合、３０ＧＨｚの送信アンテナの素子は、約２．５ｍｍ（すなわち、３０ＧＨｚの自由空間波長１０ｍｍの１／４）になる。
【０１０４】
１つの実施形態において、ＣＥＬＣは、スロット上の同一場所にパッチを含むパッチアンテナと２つのパッチ間に液晶とを備えて実施される。これに関して、メタマテリアルアンテナは、スロット（散乱）導波路のように作用する。スロット導波路に関しては、出力波の位相は、誘導波との関連でスロットの位置に依存する。
【０１０５】
セルの配置
１つの実施形態において、アンテナ素子は、系統的マトリクス駆動回路を可能にする方法で円筒状給電アンテナ開口面上に配置される。このセルの配置は、マトリクス駆動のためのトランジスタの配置を含む。図１７は、アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の１つの実施形態を示している。図１７を参照すると、行コントローラ１７０１は、行選択信号Ｒｏｗ１及びＲｏｗ２それぞれを介してトランジスタ１７１１及び１７１２に結合され、列コントローラ１７０２は、列選択信号Ｃｏｌｕｍｎ１を介してトランジスタ１７１１及び１７１２に結合される。トランジスタ１７１１はまた、パッチ１７３１への接続を介してアンテナ素子１７２１に結合され、トランジスタ１７１２は、パッチ１７３２への接続を介してアンテナ素子１７２２に結合される。
【０１０６】
非標準グリッドに配置された単位セルを有する円筒状給電アンテナ上でマトリクス駆動回路を実現する初期の手法において、２つのステップが実行される。第１のステップにおいて、セルが同心リング上に配置され、セルの各々は、セルの横に配置されるトランジスタに接続され、各セルを別個に駆動するためのスイッチとして機能する。第２のステップにおいて、マトリクス駆動回路は、マトリクス駆動手法が必要とするときに全てのトランジスタを一意のアドレスで接続するために構築される。マトリクス駆動回路が（ＬＣＤと同様の）行及び列トレースによって構築されるが、セルはリング上に配置されるので、一意のアドレスを各トランジスタに割り当てる系統的方法は存在しない。このマッピング問題は、トランジスタ全てをカバーするために極めて複雑な回路を結果として生じさせ、ルーティングを達成するための物理的トレースの数を大幅に増大させことになる。セルが高密度であるので、これらのトレースは、カップリング効果に起因してアンテナのＲＦ性能を妨げている。また、トレースの複雑さ及び高い実装密度に起因して、トレースのルーティングは、商業的に入手可能なレイアウトツールによって達成することができない。
【０１０７】
１つの実施形態において、マトリクス駆動回路は、セル及びトランジスタが配置される前に事前に定められる。これは、セルの全てを駆動するのに必要なトレースの最小数を保証し、すなわち各々を一意のアドレスで駆動する。この方式は、駆動回路の複雑さを低減し、ルーティングを簡素化して、アンテナのＲＦ性能を向上させる。
【０１０８】
より具体的には、１つの手法において、第１のステップで、セルは、各セルの一意のアドレスを記述する行及び列からなる標準的な矩形グリッド上に配置される。第２ステップでは、セルはグループ化されて同心円に変換されるが、アドレス及び第１のステップにて定義された行及び列への接続は維持される。この変換の目的は、リング上にセルを配置することだけでなく、開口面全体にわたってセル間の距離及びリング間の距離を一定に維持することである。この目的を達成するために、セルをグループ化する７つの方法がある。
【０１０９】
例示的なシステムの実施形態
１つの実施形態において、組み合わされたアンテナ開口面は、セットトップボックスと連動して動作するテレビジョンシステムで使用される。例えば、二重受信アンテナの場合、アンテナによって受信された衛星信号は、テレビジョンシステムのセットトップボックス（例えばＤｉｒｅｃＴＶ受信機）に提供される。より具体的には、組み合わされたアンテナ動作は、２つの異なる周波数及び／又は偏波でＲＦ信号を同時に受信することができる。すなわち、素子の１つのサブアレイは、１つの周波数及び／又は偏波でのＲＦ信号を受信するよう制御され、別のサブアレイは、別の異なる周波数及び／又は偏波での信号を受信するよう制御される。周波数又は偏波のこれらの差異は、テレビジョンシステムによって受信されている異なるチャネルを表す。同様に、２つのアンテナアレイを２つの異なるビーム位置に対して制御し、２つの異なる位置（例えば２つの異なる衛星）からのチャネルを受信して、複数のチャネルを同時に受信することができる。
【０１１０】
図１９は、テレビジョンシステムにおいて二重受信を同時に実行する通信システムの１つの実施形態のブロック図である。図１９を参照すると、アンテナ１４０１は、上述のように異なる周波数及び／又は偏波で同時に二重受信を実行するために独立して動作可能な２つの空間的にインターリーブされたアンテナ開口面を含む。２つの空間的にインターリーブされたアンテナ動作のみが言及されているが、ＴＶシステムは、２つより多いアンテナ開口面（例えば、３、４、５、その他のアンテナ開口面）を有することができる点に留意されたい。
【０１１１】
１つの実施形態において、２つのインターリーブスロットアレイを含むアンテナ１４０１は、ダイプレクサ１４３０に結合される。このカップリングは、２つのスロットアレイの素子から信号を受信してダイプレクサ１４３０に給電される２つの信号を生成する、１又は２以上の給電ネットワークを含むことができる。１つの実施形態において、ダイプレクサ１４３０は、商業的に入手可能なダイプレクサである（例えば、Ａ１Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ製のモデルＰＢ１０８１ＷＡ  Ｋｕ−帯域シットコムダイプレクサ）。
【０１１２】
ダイプレクサ１４３０は、当該技術分野で周知の方式で、雑音フィルタリング機能、ダウン変換機能、及び増幅を実行する低雑音ブロックダウンコンバータ（ＬＮＢ）１４２６，１４２７のペアに結合される。１つの実施形態において、ＬＮＢ１４２６，１４２７は、アウトドアユニット（ＯＤＵ）内にある。別の実施形態において、ＬＮＢ１４２６，１４２７は、アンテナ装置に統合される。ＬＮＢ１４２６，１４２７は、セットトップボックス１４０２に結合され、該セットトップボックス１４０２がテレビジョン１４０３に結合される。
【０１１３】
セットトップボックス１４０２は、ＬＮＢ１４２６，１４２７に結合されるアナログ−デジタルコンバータ１４２１，１４２２のペアを含み、ダイプレクサ１４３０からの２つの信号出力をデジタルフォーマットに変換する。
【０１１４】
デジタルフォーマットに変換されると、信号は、復調器１４２３によって復調されて、復号器１４２４によって復号され、受信波上で符号化されたデータを得る。次いで、復号されたデータは、コントローラ１４２５に送られ、コントローラは、これをテレビジョン１４０３に送信する。
【０１１５】
コントローラ１４５０は、単一の組み合わされた物理開口面上の両方のアンテナ開口面のインターリーブされたスロットアレイ素子を含む、アンテナ１４０１を制御する。
【０１１６】
全二重通信システムの実施例
別の実施形態において、組み合わされたアンテナ開口面は、全二重通信システムで使用される。図２０は、同時送信及び受信経路を有する通信システムの別の実施形態のブロック図である。１つの送信経路及び１つの受信経路だけが示されているが、通信システムは、１つより多い送信経路及び／又は１つより多い受信経路を含むことができる。
【０１１７】
図２０を参照すると、アンテナ１４０１は、上述のように異なる周波数で同時送信及び受信を独立して動作可能な２つの空間的インターリーブアンテナアレイを含む。１つの実施形態において、アンテナ１４０１はダイプレクサ１４４５に結合される。このカップリングは、１又は２以上の給電ネットワークによるものとすることができる。１つの実施形態において、放射状給電アンテナの場合、ダイプレクサ１４４５は、２つの信号を組み合わせ、アンテナ１４０１とダイプレクサ１４４５の間の接続は、両方の周波数を伝送することができる単一の広帯域給電ネットワークである。
【０１１８】
ダイプレクサ１４４５は、当該技術分野で周知の方式で、雑音フィルタリング機能と、ダウン変換及び増幅機能を実行する低雑音ブロックダウンコンバータ（ＬＮＢ）１４２７に結合される。１つの実施形態において、ＬＮＢ１４２７は、アウトドアユニット（ＯＤＵ）内にある。別の実施形態において、ＬＮＢ１４２７は、アンテナ機器に統合される。ＬＮＢ１４２７は、モデム１４６０に結合され、該モデムは、コンピューティングシステム１４４０（例えば、コンピュータシステム、モデム、その他）に結合される。
【０１１９】
モデム１４６０は、ＬＮＢ１４２７に結合されるアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１４２２を含み、ダイプレクサ１４４５から出力された受信信号をデジタルフォーマットに変換する。デジタルフォーマットに変換されると、信号は、復調器１４２３によって復調されて、復号器１４２４によって復号され、受信波上で符号されたデータを得る。次いで、復号されたデータは、コントローラ１４２５に送られ、コントローラは、これをコンピューティングシステム１４４０に送信する。
【０１２０】
モデム１４６０はまた、コンピューティングシステム１４４０から送信されるデータを符号化する符号器１４３０を含む。符号化されたデータは、変調器１４３１によって変調され、デジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）１４３２によってアナログに変換される。次いで、アナログ信号は、ＢＵＣ（アップコンバート及びハイパス増幅器）１４３３によってフィルタリングされ、ダイプレクサ１４４５の１つのポートに提供される。１つの実施形態において、ＢＵＣ１４３３は、アウトドアユニット（ＯＤＵ）内にある。
【０１２１】
当該技術分野で周知の方式で動作するダイプレクサ１４４５は、送信信号を伝送のためアンテナ１４０１に提供する。
【０１２２】
コントローラ１４５０は、信号が組み合わされた物理的開口面上でアンテナ素子の２つのアレイを含む、アンテナ１４０１を制御する。
【０１２３】
図２０に示された全二重通信システムは、限定ではないが、インターネット通信、車両通信（ソフトウェア更新を含む）、その他を含む、幾つかの用途がある点に留意されたい。
【０１２４】
以上の詳細説明の幾つか部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する演算のアルゴリズム及び記号表現の観点で提示されている。これらのアルゴリズム的記述及び表現は、データ処理技術分野の当業者により、自らの作業の内容を他の当業者に最も効果的に伝えるために使用される手段である。アルゴリズムは、ここでは一般的に、望ましい結果に至る自己矛盾のない一連のステップであると考えられる。これらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。必須ではないが、通常は、これらの量は、格納、転送、結合、比較、及び他の操作が可能な電気信号又は磁気信号の形式を取る。これらの信号をビット、値、要素、記号、符号、用語、又は数字などと言及することは、主として共通使用という理由で時に好都合であることが判明している。
【０１２５】
しかしながら、これらの用語及び類似の用語は、全て適切な物理量に関連付けられるものとし、且つこれらの量に付与される有利なラベルに過ぎないことに注意されたい。以下の説明から明らかなように、特に明記しない限り、説明全体を通して、「処理する」又は「演算する」又は「計算する」又は「決定する」又は「表示する」などのような用語を利用する説明は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理的な（電子的な）量として表されるデータをそのコンピュータシステムのメモリ又はレジスタ又は他のそのような情報ストレージ、送信又は表示デバイス内の物理量として同様に表される別のデータに操作及び変換するコンピュータシステム又は類似の電子コンピュータデバイスのアクション及び処理を指すことが認められる。
【０１２６】
本発明はまた、本明細書の作動を実行するための装置に関する。この装置は、必要とされる目的のために特別に構成することができ、又はコンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動又は再構成される汎用コンピュータを有することができる。このようなコンピュータプログラムは、限定ではないが、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、及び光磁気ディスクを含むあらゆるタイプのディスク、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カード、又は電子命令の格納に適するあらゆるタイプの媒体のようなコンピュータ可読ストレージ媒体に格納することができ、各々がコンピュータシステムバスに結合される。
【０１２７】
本明細書に提示したアルゴリズム及び表示は、何れの特定のコンピュータ又は他の装置とも本質的に関連付けられたものではない。様々な汎用システムを本明細書の教示によるプログラムと共に使用することができ、又は必要とされる方法ステップを実行するより特殊化された装置を構成することが有利であることが判明する場合がある。様々なこれらのシステムに必要とされる構造は、以下の説明から明らかであろう。これに加えて、本発明は、何れの特定のプログラミング言語に関連しても説明されていない。様々なプログラミング言語を使用して、本明細書に説明した本発明の教示を実施することができることが認められるであろう。
【０１２８】
機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって可読の形態の情報を格納又は送信するための何れかの機構を含む。例えば機械可読媒体は、読取専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスクストレージ媒体、光学ストレージ媒体、フラッシュメモリデバイスなどを含む。
【０１２９】
本発明の多くの改変及び修正が前述の説明を読んだ後で疑いなく当業者には明らかになるであろうが、例証によって図示及び説明された何れの特定の実施形態も限定として捉えられるものではない点を理解されたい。従って、様々な実施形態の詳細事項への言及は、本発明にとって基本的なものとしてみなされる特徴のみを記載する請求項の範囲を限定するものではない。
【符号の説明】
【０１３０】
１００  セルドライバ
１０１  駆動入力
１０２  ＯＮ／ＯＦＦ入力
１０３  出力（ＯＵＴ）
１０４  接地
１１０  インバータ
１１１  マルチプレクサ（スイッチ）
１２０  ＬＣ（又はＭＥＭＳセル）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８−１】
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【図１８−２】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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